JP2009136202A - Method for producing fuel alcohol from biomass, and apparatus for producing the same - Google Patents

Method for producing fuel alcohol from biomass, and apparatus for producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which disadvantages of conventional solid fermentation are overcome, to rapidly produce alcohol with high yield and a residue which is useful as animal feed, together with alcoholic fuel, is recovered, when the alcoholic fuel is produced by using biomass as a raw material. <P>SOLUTION: A pulverized or a ground material of the biomass raw material is cooked under the conditions of 60-180°C temperature and 0.06-0.2 MPa pressure, regulated to 60-85% moisture content w.b., and then is quenched down to 25-30°C. Rhizopus oryzae or Koji (rice malt) mold and yeast or Zymonas mobilis are then added, to carry out solid fermentation at 10-33°C. The alcohol produced is separated and recovered, to thereby produce the fuel alcohol. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイオマスを原料として用い、水分を加えない固体状でアルコール発酵を行わせることにより、効率よく燃料用アルコールを製造する方法及びそれに用いる製造装置に関するものである。   The present invention relates to a method for efficiently producing alcohol for fuel by using biomass as a raw material and performing alcohol fermentation in a solid state without adding water, and a production apparatus used therefor.

バイオマス原料からアルコール発酵により燃料アルコールを製造する方法は公知であり、例えばセルロース系バイオマスを含む培地にクロストリジウム・サーモセラムI−1−B(微工研菌寄第9510号)を培養して生成したエタノールを回収する方法(特許文献1参照)、バイオマスと少なくとも1種の基質変換酵素を接触させて中間体を生成させ、この中間体に少なくとも1種の中間体変換酵素を接触させて、実質的にすべての中間体をアルコールに変換させる方法(特許文献2参照)、粉砕した生ごみのデンプン濃度を調整し、糖化酵素を加え、得られた糖化処理水にあらかじめ培養したザイモナス・モビリス(Zymonas mobilis)菌を接種してアルコール発酵させて、もろみを蒸留してエタノールを回収する方法(特許文献3参照)などがこれまでに提案されている。   A method for producing fuel alcohol from biomass raw material by alcohol fermentation is known, for example, ethanol produced by culturing clostridium thermocellum I-1-B (Microtechnological Laboratories No. 9510) in a medium containing cellulosic biomass. (See Patent Document 1), bringing biomass into contact with at least one substrate converting enzyme to produce an intermediate, contacting the intermediate with at least one intermediate converting enzyme, A method of converting all intermediates into alcohol (see Patent Document 2), adjusting the starch concentration of crushed garbage, adding a saccharifying enzyme, and cultivating the resulting saccharified water in advance, Zymonas mobilis Method of inoculating bacteria and fermenting alcohol, distilling moromi and recovering ethanol ( Patent reference 3), and the like have been proposed so far.

これらのアルコール製造方法におけるバイオマスのアルコール発酵工程では、通常バイオマスの固形分を全糖分15%前後に調整したのち、これを80〜90℃で蒸煮し、58℃まで冷却し、α‐アミラーゼとグルコアミラーゼを加えて糖化後、34℃に冷却し、酵母を加えてアルコールに発酵させる液状アルコール発酵が行われている。
そして、この場合の発酵方式としては、回分方式、追添方式、半連続方式、酵母固定化連続方式、フラッシュ連続方式などが知られている。
In the alcohol fermentation process of biomass in these alcohol production methods, the solid content of the biomass is usually adjusted to around 15% of total sugar, then steamed at 80-90 ° C., cooled to 58 ° C., α-amylase and glucose Liquid alcohol fermentation is performed in which amylase is added and then saccharified, cooled to 34 ° C., and yeast is added to ferment to alcohol.
And as a fermentation system in this case, a batch system, a supplement system, a semi-continuous system, a yeast immobilization continuous system, a flash continuous system, and the like are known.

しかしながら、液状アルコール発酵においては、発酵に要する時間が、回分方式で75〜80時間、半連続方式で13〜20時間、酵母固定化連続方式で3〜8時間と比較的長いにもかかわらず、原料に対するアルコール生産量は、せいぜい1kg当り0.35リットルと少ない。   However, in liquid alcohol fermentation, the time required for fermentation is 75 to 80 hours in a batch system, 13 to 20 hours in a semi-continuous system, and 3 to 8 hours in a yeast-immobilized continuous system. The amount of alcohol produced relative to the raw material is at most 0.35 liters per kg.

また、これらの液状アルコール発酵法は、アルコールの生産速度に重点を置くあまり、投入エネルギーの低減を考慮しないため、バイオマス原料を水と混合した後の熱処理や生成液からのアルコールの蒸留の加熱エネルギーや残渣から動物飼料を回収する場合の乾燥エネルギーの消費量が大きくなるという欠点がある。また、原料に対して10〜20倍の容積の発酵槽を必要とするという欠点もある。   In addition, these liquid alcohol fermentation methods focus on the production rate of alcohol and do not consider reduction of input energy, so heat energy after mixing biomass raw material with water and heating energy of alcohol distillation from the product liquid In addition, there is a drawback that the amount of drying energy consumed when collecting animal feed from residues is increased. Moreover, there also exists a fault of requiring a fermenter 10-20 times the volume with respect to a raw material.

これに対し、固体発酵においては、発酵槽の容積が原料に対し1.5倍程度で十分であるという利点はあるが、固体内に存在する空気中の酸素がアルコール発酵に必要な嫌気性条件を確保するために長時間を要する上に、デンプンの糖化と酵母によるアルコール発酵で原料を大量処理する場合、迅速に嫌気状態にもたらすのが困難であるという欠点がある。   In contrast, in solid fermentation, there is an advantage that the volume of the fermenter is about 1.5 times that of the raw material, but the oxygen in the air present in the solid is anaerobic conditions necessary for alcoholic fermentation. In addition, it takes a long time to ensure the above, and in the case where a large amount of raw material is processed by starch saccharification and alcohol fermentation with yeast, it is difficult to quickly bring it into an anaerobic state.

特開平6−54694号公報(特許請求の範囲その他)JP-A-6-54694 (Claims and others) 特表2005−523689号公報(特許請求の範囲その他)JP-T-2005-523689 (Claims and others) 特開2007−111590号公報(特許請求の範囲その他)JP 2007-111590 A (Claims and others)

本発明は、バイオマスを原料として用い、アルコール燃料を製造するに際し、従来の固体発酵の欠点を克服し、迅速に、かつ高い収率でアルコールを生成させ、アルコール燃料とともに動物飼料として有用な残渣を回収する方法及びその製造装置を提供することを目的としてなされたものである。   The present invention overcomes the disadvantages of conventional solid fermentation, using biomass as a raw material to produce an alcohol fuel, and produces alcohol quickly and in high yield. It is made for the purpose of providing the collection method and its manufacturing apparatus.

そして、本発明者は、バイオマス原料から燃料アルコールを製造する方法について種々検討した結果、エネルギー消費量の低減及びアルコール回収後の残渣の利用等を考慮すれば、固体発酵方式が適していることを見出したが、これを実現するためには、以下の課題、すなわち
(1)発酵時の原料の消毒を確実に行うことができ、発酵中の雑菌の滅菌が可能で安定した嫌気性条件を維持するために、発酵中に発生する代謝熱を除去し、常時30℃前後に材料温度を保持し得る構造、及び発酵生成物からアルコールを蒸留した後の固体残渣が殺菌された状態で取り出し得る構造をもつ発酵槽を設計すること、
(2)発酵の迅速化とアルコール収率の向上を実現するために、粉砕した原料を充填したときに生じる空隙に存在する酸素を追い出し、カビによる糖化とアルコール発酵を迅速に進行させること、
(3)糖化を促進するために麹やカビの生育に適した水分を保持し、かつ酸素を低レベルに保持し、カビによる糖化の進行状態を制御し、酵母やザイモナス菌の活性を維持してアルコール発酵を行わせるとともに、生成する有機酸によるpHの低下を防止すること、
を解決する必要がある。
And as a result of various studies on the method of producing fuel alcohol from biomass raw materials, the present inventor has found that the solid fermentation method is suitable in consideration of reduction of energy consumption and utilization of residues after alcohol recovery. As we have found, in order to achieve this, the following issues are met: (1) Sterilization of raw materials during fermentation can be performed reliably, and sterilization of various bacteria during fermentation is possible and stable anaerobic conditions are maintained. In order to remove the metabolic heat generated during fermentation, the structure that can always keep the material temperature around 30 ℃, and the structure that can be taken out in a sterilized solid residue after distillation of alcohol from the fermentation product Designing a fermenter with
(2) expediting oxygen present in the voids produced when the pulverized raw material is filled in order to accelerate the fermentation and improve the alcohol yield, and rapidly promote fungal saccharification and alcohol fermentation;
(3) In order to promote saccharification, retain moisture suitable for the growth of straw and mold, maintain oxygen at a low level, control the progress of saccharification by mold, and maintain the activity of yeast and zymonas To prevent alcohol from lowering the pH due to the organic acid produced,
Need to be resolved.

このほかにも、固体発酵によって発生する二酸化炭素の固定化及び利用法、アルコール蒸留残渣の飼料化に適した蒸留、家畜飼料として用いるために好適な状態を維持するために15%w.b.以下の水分まで乾燥する方法についても配慮するのが望ましい。   In addition to this, in order to maintain a state suitable for immobilization and utilization of carbon dioxide generated by solid fermentation, distillation suitable for feed of alcohol distillation residue, and livestock feed, 15% w. b. It is desirable to consider the method of drying to the following moisture.

本発明者は、上記の課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、
(1)バイオマス原料として、糖又はデンプン含有量の多い植物組織体、例えば種実、茎葉及び根茎あるいは食品残渣を用いること、
(2)バイオマス原料を粉砕又は磨砕し、110〜130℃の過熱水蒸気を用いて、この粉砕物又は摩砕物の水分を60〜85%w.b.まで低下させ、かつ110〜180℃の水蒸気又は過熱水蒸気で殺菌と糖化を兼ねて加水分解を行いながら水分量を調節すること、
(3)上記の水分調節の際の原料の温度を、アルコール発酵で発生する二酸化炭素を回収し、高圧ガスコンプレッサーで圧縮して製造した冷媒を用いて10〜36℃に低下させること、
(4)冷却された原料にpH調整用として過熱水蒸気で殺菌した消石灰又は生石灰を加え、これに麹菌、クモノスカビ又は酵母を植菌すること、及び
(5)かさ密度を小さくし、粉砕物間の空隙の酸素量を減少させ、嫌気性発酵を促進するために、上記(4)の原料を圧密化し、塊状又はペレットにすることが必要であることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。
In order to solve the above problems, the present inventor has conducted extensive research,
(1) The use of plant tissues with high sugar or starch content such as seeds, foliage and rhizomes or food residues as biomass raw materials,
(2) The biomass raw material is pulverized or ground, and the water content of this pulverized product or ground product is adjusted to 60 to 85% w. b. And adjusting the amount of water while hydrolyzing with sterilization and saccharification with steam or superheated steam at 110 to 180 ° C.,
(3) Reducing the temperature of the raw material during the moisture adjustment to 10 to 36 ° C. using a refrigerant produced by recovering carbon dioxide generated by alcohol fermentation and compressing it with a high-pressure gas compressor;
(4) Add slaked lime or quick lime sterilized with superheated steam for pH adjustment to the cooled raw material, inoculate koji mold, spider mold or yeast to this, and (5) reduce bulk density, between pulverized products In order to reduce the amount of oxygen in the voids and promote anaerobic fermentation, it has been found that it is necessary to consolidate the raw material of (4) above into a lump or pellet, and based on this finding, the present invention is made. It came.

すなわち、本発明は、バイオマス原料の粉砕物又は摩砕物を、温度60〜180℃、圧力0.06〜0.2MPaの条件下で蒸煮して、水分60〜85%w.b.に調整したのち、25〜30℃まで急冷し、次いでクモノスカビ又は麹菌及び酵母又はザイモナス(Zymonas)菌を加えて、10〜33℃で固体発酵させ、生成したアルコールを分離回収することを特徴とする燃料アルコールの製造方法、上面をバイオマス原料投入口に、下面をドレインに形成し、かつ側面に複数の冷却用二酸化炭素噴射孔を、下方位置に水蒸気導入孔を有する筒状サイロと、その上面に接触して配置された冷却器と、サイロ上部においてサイロ内部と連通して配設されたアルコール精留管と、サイロ底部において連結して付設された残渣取出用サイロアンローダーとから構成されたことを特徴とする燃料アルコール製造装置、及び上面にバイオマス原料投入口を、下面にドレインを、かつ側面に複数の冷却用二酸化炭素噴射孔を有し、内部下方位置に水蒸気導入孔を配置した長方形サイロと、その上面外側に接触して配置された冷却器と、サイロ上部においてサイロ内部と連通して配設されたアルコール精留管と、サイロ底部において連結した付設された残渣取出用サイロアンローダーとから構成されたことを特徴とする燃料アルコール製造装置を提供するものである。   That is, in the present invention, a pulverized or ground biomass material is steamed under the conditions of a temperature of 60 to 180 ° C. and a pressure of 0.06 to 0.2 MPa to obtain a water content of 60 to 85% w. b. And then rapidly cooling to 25-30 ° C., and then adding Kumonosukabi or Neisseria gonorrhoeae and yeast or Zymonas bacteria, solid fermentation at 10-33 ° C., and separating and recovering the produced alcohol A method for producing fuel alcohol, a cylindrical silo having an upper surface formed at a biomass feedstock inlet, a lower surface formed at a drain, a plurality of cooling carbon dioxide injection holes on a side surface, and a water vapor introduction hole at a lower position; It was composed of a cooler placed in contact, an alcohol rectifying tube arranged in communication with the inside of the silo at the top of the silo, and a silo unloader for taking out the residue attached to the bottom of the silo. A fuel alcohol production apparatus characterized in that: a biomass feedstock inlet on the upper surface, a drain on the lower surface, and a plurality of cooling dioxides on the side surface; A rectangular silo having an elementary injection hole and having a water vapor introduction hole disposed at a lower position inside, a cooler disposed in contact with the outer surface of the upper surface, and an alcohol refiner disposed in communication with the inside of the silo at the upper part of the silo. The present invention provides a fuel alcohol production apparatus comprising a retention tube and an attached silo unloader for taking out residues connected at the bottom of a silo.

また、上記の方法により副生するアルコール蒸留残渣又はアルコール発酵により発生する二酸化炭素を有効利用するには、上記のサイロアンローダーに接続した乾燥機や飼料製造装置、二酸化炭素に水素を混合して金属触媒又はメタン菌により反応させるメタン化装置を付設する必要がある。   In addition, in order to effectively use the alcohol distillation residue by-produced by the above method or carbon dioxide generated by alcohol fermentation, a dryer or a feed production device connected to the silo unloader, hydrogen is mixed with carbon dioxide. It is necessary to attach a methanator that reacts with a metal catalyst or methane bacteria.

次に、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明方法において原料として用いられるバイオマスとは、セルロース又はデンプンあるいはその両方を含有する天然物由来の物質であって、例えばイネ、コウリャン、マイロ、トウモロコシ、サトウキビなどのイネ科植物、カンナ、タロイモ、サツマイモ、ジャガイモなどの根茎植物や麦などの茎葉、種実などがこれに包含される。これらのものはデンプン換算で最大になるときに収穫した青刈作物が好ましい。また、分別、収集されたデンプン系食品残渣も用いることができる。
Next, the present invention will be described in more detail.
Biomass used as a raw material in the method of the present invention is a substance derived from a natural product containing cellulose and / or starch, for example, gramineous plants such as rice, sorghum, milo, corn, sugar cane, canna, taro, This includes rhizome plants such as sweet potatoes and potatoes, and foliage and seeds such as wheat. These are preferably green crops that are harvested when they are maximized in terms of starch. In addition, fractionated and collected starch-based food residues can also be used.

本発明方法においては、これらのバイオマス原料を粉砕又は磨砕によって、100mm以下の大きさに調製し、温度60〜180℃、圧力0.06〜0.2MPaの条件下で、水蒸気又は過熱水蒸気を用いて蒸煮し、殺菌と同時にバイオマス原料の水分を60〜85%w.b.に調節する。次いで、これを冷却二酸化炭素又はドライアイスを用いて可及的速やかに冷却する。   In the method of the present invention, these biomass materials are pulverized or ground to a size of 100 mm or less, and steam or superheated steam is produced under conditions of a temperature of 60 to 180 ° C. and a pressure of 0.06 to 0.2 MPa. Steamed and used to sterilize the biomass raw material at 60-85% w. b. Adjust to. This is then cooled as quickly as possible using chilled carbon dioxide or dry ice.

冷却後、必要に応じ消石灰又は生石灰を0.001〜5質量%の範囲で加えてpH調整し、発酵に必要な微生物と混合して、ローラ又はペレタイザーにより圧密処理を行い、塊状又はペレット状に成形する。この際の圧力としては、0.06〜0.15MPaが好ましい。この際に用いる微生物としては、糖化用としては、クモノスカビ、黒麹菌又は黄麹菌、アルコール発酵用としては、酵母、ザイモナス菌(Zymonas mobilis)又はクロストリジュウム菌(Clostridium thermocellum)が用いられる。   After cooling, if necessary, add slaked lime or quick lime in the range of 0.001 to 5 mass%, adjust the pH, mix with microorganisms necessary for fermentation, perform consolidation with a roller or pelletizer, and make it into a lump or pellet Mold. The pressure at this time is preferably 0.06 to 0.15 MPa. As microorganisms used in this case, for saccharification, Kumonskabi, black koji mold or yellow koji mold is used, and for alcohol fermentation, yeast, Zymonas mobilis or Clostridium thermocellum is used.

次に、上記の塊状又はペレット状に成形した発酵材料を縦型又は横型サイロに投入して発酵させる。このアルコール発酵によって発生する二酸化炭素を回収し、これを冷却するか又はドライアイス化して固体発酵の際に発生する発酵熱を除去し、バイオマス原料の温度を10〜30℃に保持する。このように、発酵温度を10〜30℃に保持することによって、入荷する使用原料の種類の変化に応じて発酵条件を定めることができ、7〜90日の発酵でアルコールを発生することができる。
また、サイロにおける培地の充填率を向上するには、ペレット化が有効であり、塊状やフレーク状の場合や粉体の場合には重量ローラで圧密化するのが有利である。
Next, the fermentation material formed into the above-mentioned lump or pellet is put into a vertical or horizontal silo for fermentation. The carbon dioxide generated by this alcohol fermentation is recovered, cooled, or converted to dry ice to remove the heat of fermentation generated during solid fermentation, and the temperature of the biomass raw material is maintained at 10 to 30 ° C. In this way, by maintaining the fermentation temperature at 10 to 30 ° C., fermentation conditions can be determined according to changes in the type of raw materials used, and alcohol can be generated by fermentation for 7 to 90 days. .
In order to improve the filling rate of the culture medium in the silo, pelletization is effective. In the case of a lump, flake, or powder, it is advantageous to use a weight roller for compaction.

本発明者は、先にバイオマス固体発酵方法として、外気を導入して酸素濃度0.01〜5.0%に維持した酸発酵帯域に、ペレット状に成形した固体バイオマス原料を、通性嫌気又は半好気条件下、酸発酵を行わせ、次いで上記の固体バイオマス原料ペレットを、圧縮緻密化して、その中の粒子間に存在する酸素を除去したのち、メタン発酵帯域に移し、嫌気的条件下でメタン発酵させる方法を開発したが(特願2007−26206号)、本発明の圧密化工程においては、この方法も用いることができる。   As a biomass solid state fermentation method, the present inventor previously used a solid biomass raw material formed into pellets in an acid fermentation zone in which outside air was introduced and maintained at an oxygen concentration of 0.01 to 5.0%. Acid fermentation is performed under semi-aerobic conditions, and then the above solid biomass raw material pellets are compressed and densified to remove oxygen present between the particles therein, and then transferred to the methane fermentation zone, under anaerobic conditions. Has been developed (Japanese Patent Application No. 2007-26206), but this method can also be used in the consolidation step of the present invention.

次に、本発明の固体発酵に際しては、微生物として、糖化とアルコールを同時に行い得る菌、例えばクモノスカビ(Rhizopus oryzae)、ザイモナス菌(Zymonas mobilis)、クロストリジュウム菌(Clostridium thermocellum)を用いた混合アルコール発酵が好ましい。また、食品残渣のように繊維の多い原料に関してはセルラーゼを分泌する菌としてトリコデルマ菌(Trichoderma reesei)によるザイモナス菌との混合培養が好ましい。   Next, in the case of solid fermentation of the present invention, mixed alcohol fermentation using microorganisms capable of simultaneously performing saccharification and alcohol, for example, Rhizopus oryzae, Zymonas mobilis, Clostridium thermocellum, as microorganisms. Is preferred. In addition, for raw materials with many fibers such as food residues, mixed culture with Zymomonas bacteria by Trichoderma reesei is preferred as a cellulase-secreting bacterium.

本発明方法における発酵の進行状況は、発酵槽の温度制御に用いている二酸化炭素中に混入してくるアルコール濃度又は酸素濃度を、ガスクロマトグラフィーや可視線、近赤外線又は赤外線分光法によって測定し、反応条件の管理を行う。   The progress of fermentation in the method of the present invention is determined by measuring the alcohol concentration or oxygen concentration mixed in carbon dioxide used for temperature control of the fermenter by gas chromatography, visible rays, near infrared rays, or infrared spectroscopy. Manage reaction conditions.

一般に、固体アルコール発酵の終点は分かりにくいが、発酵槽内を循環する二酸化炭素内に含まれるアルコール濃度より推測できるので、この推測した結果と、もろみのサンプルから得たアルコール濃度より判断し、発酵槽底部付近に配置した管から水蒸気を吹き込み、水蒸気蒸留を行わせてアルコールを回収する。   Generally, the end point of solid alcohol fermentation is difficult to understand, but since it can be estimated from the alcohol concentration contained in carbon dioxide circulating in the fermenter, it is judged from the result of this estimation and the alcohol concentration obtained from the moromi sample. Steam is blown from a pipe arranged near the bottom of the tank, and steam is distilled to recover alcohol.

次いで、もろみのアルコール濃度が0.1〜0.2%に達するまで、水蒸気蒸留を続け、さらに過熱水蒸気によりもろみの水分が30〜35%の範囲になるまで乾燥を続行したのち、サイロから取り出し、通常の火力乾燥機により乾燥し、例えば飼料として用いる。   Next, steam distillation is continued until the alcohol concentration of the mash reaches 0.1 to 0.2%, and further drying is continued until the moisture of the mash becomes 30 to 35% with superheated steam, and then taken out from the silo. Then, it is dried by a normal thermal dryer, and used as feed, for example.

次に、添付図面に従い、本発明の装置を説明する。
図1は、本発明方法の1例を示すフローシートであり、この図におい圃場において収穫された農産物Aは、食品残渣のうち、分別されたデンプン系残渣Bと混合されたバイオマス原料として、粉砕工程1、蒸煮工程2、冷却工程3を経て、植菌工程4に送られ、さらに圧密工程5でペレット化され、発酵工程6で処理されたのち、蒸留工程7で生成したエタノールが分離され、さらに精留工程12を経て貯留13される。
Next, the apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a flow sheet showing an example of the method of the present invention. In this figure, an agricultural product A harvested in a field is pulverized as a biomass raw material mixed with a starch-based residue B which is separated from food residues. After passing through the step 1, the steaming step 2 and the cooling step 3, it is sent to the inoculation step 4 and further pelletized in the compacting step 5 and processed in the fermentation step 6, and then the ethanol produced in the distillation step 7 is separated. Furthermore, it is stored 13 through a rectification step 12.

一方、蒸留残渣は乾燥工程8を経て、乾燥飼料とするためにペレット化9されるか、あるいは冷却工程10を経て密閉貯蔵工程11に送られ、サイレージ飼料として貯蔵される。
固体発酵の特徴は、原料が仕込まれた後で発酵材料が発酵工程6において、発酵終了の確認がなされ、発酵槽内に直接水蒸気が供給されて蒸留し得ることであって、この点が液状発酵と異なっている。
On the other hand, the distillation residue is pelletized 9 to obtain a dry feed through the drying step 8, or sent to the closed storage step 11 through the cooling step 10 and stored as silage feed.
The feature of solid fermentation is that after the raw materials are charged, the fermentation material is confirmed to be fermented in fermentation step 6 and can be distilled by supplying steam directly into the fermenter. It is different from fermentation.

図2は、縦型サイロの固体発酵装置を示す縦断面説明図であって、原料Aはバケットエレベータ(図示せず)により原料投入口21より投入され、アルコール発酵に供される。この間発生する二酸化炭素は、サイロ上部から排出され、サイロ上面に配置された二酸化炭素冷却装置23で冷却されたのち、サイロ側面に配設されたリング状二酸化炭素噴射管22からサイロ内に噴出され、もろみの発酵熱の除去に用いられる。24は、この際の二酸化炭素を循環するための圧力ポンプである。   FIG. 2 is a vertical cross-sectional explanatory view showing a solid silo fermentation apparatus of a vertical silo, and the raw material A is input from a raw material input port 21 by a bucket elevator (not shown) and is subjected to alcohol fermentation. The carbon dioxide generated during this time is discharged from the upper part of the silo, cooled by the carbon dioxide cooling device 23 disposed on the upper surface of the silo, and then ejected into the silo from the ring-shaped carbon dioxide injection pipe 22 disposed on the side surface of the silo. Used to remove moromi fermentation heat. 24 is a pressure pump for circulating the carbon dioxide at this time.

この循環の際に生じる凝縮水はポンプで蒸気導入管26の下方からサイロ下部に戻される。蒸留は蒸気導入管26から供給される水蒸気又は過熱水蒸気により行われ、生成したアルコールは精留塔27で濃縮され、濃縮エタノールとして回収され、凝縮水はドレイン管28により抜き出され、例えばメタン発酵により液肥化され、肥料として使用される。
一方、蒸留残渣はサイロアンローダー29により排出され、肥料原料として利用される。
The condensed water generated during the circulation is returned to the lower part of the silo from below the steam inlet pipe 26 by a pump. Distillation is performed with steam or superheated steam supplied from the steam introduction pipe 26, and the generated alcohol is concentrated in the rectification column 27 and recovered as concentrated ethanol, and the condensed water is extracted through the drain pipe 28, for example, methane fermentation Liquid fertilized and used as fertilizer.
On the other hand, the distillation residue is discharged by the silo unloader 29 and used as a fertilizer raw material.

図3は横型サイロ内の構造を示す縦断面説明図であり、その構造及び作用は縦型サイロの場合とほとんど同じであり、原料投入口21から投入されたバイオマス原料は、サイロ内においてアルコール発酵される。この発酵の間に発生する二酸化炭素は、二酸化炭素冷却装置23を経て、圧力ポンプ24により循環され、サイロ側面に配設されたリング状二酸化炭素噴射管22からサイロ内に噴射され、発酵熱の除去に利用される。この循環の際に生じる凝縮水は、上記と同様にしてサイロ下部に戻される。蒸留及び生成エタノールの精留、ドレインからの凝縮水の排出、利用は上記の縦型サイロの場合と同様に行われる。
この装置においては、サイロ内を循環する二酸化炭素を随時赤外線分光光度計30によりチェックし、その中のアルコール濃度又は酸素濃度を測定し、アルコール発酵条件の管理を行うようになっている。この条件管理は、また随時二酸化炭素サンプルを採取し、ガスクロマトグラフィー分析することにより行うこともできる。これによって従来勘に頼ってきた発酵の終了点を合理化できる。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure in the horizontal silo. The structure and action are almost the same as in the case of the vertical silo, and the biomass material input from the material input port 21 is subjected to alcohol fermentation in the silo. Is done. The carbon dioxide generated during the fermentation is circulated by the pressure pump 24 through the carbon dioxide cooling device 23 and injected into the silo from the ring-shaped carbon dioxide injection pipe 22 disposed on the side surface of the silo. Used for removal. Condensed water generated during the circulation is returned to the lower part of the silo in the same manner as described above. Distillation and rectification of produced ethanol, discharge of condensed water from the drain, and utilization are performed in the same manner as in the case of the vertical silo.
In this apparatus, the carbon dioxide circulating in the silo is checked by the infrared spectrophotometer 30 at any time, the alcohol concentration or oxygen concentration therein is measured, and the alcohol fermentation conditions are managed. This condition management can also be performed by collecting a carbon dioxide sample at any time and performing gas chromatography analysis. This makes it possible to rationalize the end point of fermentation that has relied on conventional intuition.

この分光学的方法によるアルコール濃度の主な分析波長は0.8、1.7、2.1又は2.3μmの3波長のスペクトル強度を重回帰分析することにより濃度分析を可能にした。この方法はスペクトル波長は異なるものについて、すでに知られている(特開2003−75341号公報)。   The main analysis wavelength of alcohol concentration by this spectroscopic method enabled concentration analysis by performing multiple regression analysis on the spectral intensity of three wavelengths of 0.8, 1.7, 2.1 or 2.3 μm. This method is already known for different spectral wavelengths (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-75341).

図2及び図3に示す装置は、共にアルコール発酵の終了と同時に水蒸気をサイロ底部より送ってそのままアルコールの水蒸気蒸留を行う回分式発酵法である。水蒸気又は過熱水蒸気を使ってアルコールを蒸留させた残渣は、サイロアンローダー29によってサイロ下部より取り出し、乾燥又は冷却後密閉又は輸送用樹脂フィルム容器に収納してサイレージ化して家畜の餌として提供する。   The apparatus shown in FIGS. 2 and 3 is a batch fermentation method in which water vapor is sent from the bottom of the silo at the same time as the alcohol fermentation is completed, and the alcohol is steam distilled as it is. The residue obtained by distilling alcohol using water vapor or superheated water vapor is taken out from the lower part of the silo by a silo unloader 29, dried or cooled, and then stored in a sealed or transporting resin film container to be silaged and provided as livestock food.

図4は余剰二酸化炭素の利用法を示す説明図であって、アルコール分離器31により、アルコールCから分離された余剰二酸化炭素Dは、水素ガス又は合成ガスEと混合されて、触媒層又はメタン発酵装置32に送られ、生成したメタンは、冷却器(又は除湿器)33を経てガスホルダー34に貯蔵される。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing how to use surplus carbon dioxide. The surplus carbon dioxide D separated from the alcohol C by the alcohol separator 31 is mixed with hydrogen gas or synthesis gas E to form a catalyst layer or methane. The methane that is sent to the fermenter 32 and generated is stored in the gas holder 34 via the cooler (or dehumidifier) 33.

木発明の燃料アルコール固体発酵装置は、過熱水蒸気によって原料水分を60〜70%に調整し、セルロース資化性菌を中心に植菌する固体発酵法である。植菌材料をペレット化して脱気すること、アルコール発酵槽内の温度制御をアルコール発酵時に発生する二酸化炭素を熱媒体として使用することを特徴とすることにより、アルコール発酵後のもろみを蒸留した後の残渣の水分は低下し、乾燥に要するエネルギーを低く抑制することができ、また、乾燥せずにサイレージとして高水分のまま家畜の飼料として供給できるという利点がある。   The fuel alcohol solid-state fermentation apparatus of the present invention is a solid fermentation method in which the raw material moisture is adjusted to 60 to 70% with superheated steam and inoculated mainly with cellulose-assimilating bacteria. After distilling moromi after alcohol fermentation by pelletizing the inoculum material, using carbon dioxide generated during alcohol fermentation as a heat medium for temperature control in the alcohol fermentation tank The water content of the residue is reduced, the energy required for drying can be kept low, and there is an advantage that it can be supplied as livestock feed with high moisture as silage without drying.

次に、本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらによりなんら限定されるものではない。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

水分20〜25%w.b.の青刈りのイネを茎葉及び穂をそのまま20〜25mmの長さにカッタで粉砕し、これにクモノスカビ(Rhizopus属)と野生酵母を稙菌し、蒸留水を入れて40%w.b.の水分になるように調整した後、1リットルのポリエチレン容器に入れ、圧密して内部の空気を抜き、二酸化炭素を導入してヘッドスペースの空気をパージし、10〜20℃の室温で約5か月発酵させた。その結果、もろみのアルコール濃度として0.9%を得た。   Moisture 20-25% w. b. A rice-cutted rice is crushed with a cutter to a length of 20 to 25 mm as it is with leaves and ears, and koji monokabi (Rhizopus genus) and wild yeast are sterilized, and distilled water is added to 40% w. b. After being adjusted to become moisture, it is put into a 1 liter polyethylene container, and the inside air is evacuated, the inside air is purged, carbon dioxide is introduced and the headspace air is purged, and about 5 at room temperature of 10 to 20 ° C. Fermented for months. As a result, 0.9% was obtained as the alcohol concentration of moromi.

食品残渣のうち、分別機によっておにぎりの外装フィルムを除去したでん粉質を95℃、0.06MPaの圧力の水蒸気を用いて20分間蒸煮し、冷却した後(水分35〜40%w.b.)、これに黒麹菌(Aspergillus niger)と酵母(Saccharomyces cerevisiae)を加えて混合し、30℃で10日間、アルコールで消毒した縦型円筒サイロ(2リットル)の発酵装置を用いて発酵させた。発酵後のもろみの一部を90℃の水蒸気蒸留を行い、30%前後のアルコールを得た。水蒸気蒸留前のもろみのアルコール濃度は8〜9%に達していた。   Of the food residue, the starchy material from which the rice ball exterior film was removed by a fractionator was steamed for 20 minutes using steam at a pressure of 95 ° C. and a pressure of 0.06 MPa, and cooled (moisture 35-40% w.b.). To this, Aspergillus niger and yeast (Saccharomyces cerevisiae) were added, mixed, and fermented using a vertical cylindrical silo (2 liter) fermenter sterilized with alcohol at 30 ° C. for 10 days. A portion of the moromi after fermentation was steam distilled at 90 ° C. to obtain about 30% alcohol. The alcohol concentration of the moromi before steam distillation reached 8-9%.

実施例2において、発酵後のもろみ1.5リットルを二酸化炭素を吹き付けて嫌気を維持しながら別の円筒サイロ(2リットル)に移動させ、これに200mlの酒母を混合させ、10日間再発酵させた。もろみのアルコール濃度は19〜20%に達していた。アルコールの発酵が終点に達していないときの再発酵法の有効な方法であることを確認した。   In Example 2, 1.5 liters of mash after fermentation was transferred to another cylindrical silo (2 liters) while maintaining anaerobicity by blowing carbon dioxide, mixed with 200 ml of liquor, and re-fermented for 10 days. It was. The moromi alcohol concentration reached 19-20%. It was confirmed that this was an effective method for re-fermentation when alcohol fermentation did not reach the end point.

裁断した青刈りとうもろこし及び青刈りマイロを1:1の比率で混合し、120℃、0.16MPaの過熱水蒸気で消毒をかねて、水分を60%w.b.前後になるまで加熱し、冷却後、黄麹菌(Aspergillus oryzae)と酒母を加えて混合し、アルコールで消毒したペレタイザーにより、径6mm、長さ20mmのペレットを作成し、これを1リットルの広口壜に入れ、二酸化炭素で空気をパージして30℃で10日間発酵させた。もろみのアルコール濃度は10%に達し、水蒸気蒸留を70℃で行ったところ、アルコール濃度40〜42%を得た。   The cut green corn and the green chopped milo are mixed at a ratio of 1: 1, disinfected with superheated steam at 120 ° C. and 0.16 MPa, and the water content is 60% w. b. Heat to the front and back, and after cooling, add pellets of Aspergillus oryzae and liquor, mix and make pellets 6 mm in diameter and 20 mm in length with a pelletizer sterilized with alcohol. And purged with carbon dioxide and fermented at 30 ° C. for 10 days. The alcohol concentration of moromi reached 10%, and steam distillation was performed at 70 ° C. to obtain an alcohol concentration of 40 to 42%.

コーリャンの青刈りに小麦粉を加え、水分を55〜60%に調整し、105℃、0.01MPaの水蒸気で15分間消毒し、ドライアイスを用いて30℃に冷却し、これにクモノスカビを混合し、ペレット化し、径6mm、長さ20mmを2リットルの容器に充填し、二酸化炭素で空気を置換した後、密閉し30日間、30日間発酵させた。その後、もろみの質量で等量の水を入れ、110℃で常圧蒸留し、30%のアルコール濃度を得た。これを60℃の温度で低圧蒸留を行ったところ75%のアルコール濃度を得た。   Wheat flour is added to the green cuttings of Koryan, the water content is adjusted to 55-60%, sterilized with water vapor at 105 ° C and 0.01 MPa for 15 minutes, cooled to 30 ° C with dry ice, and mixed with Kumonosukabi. After pelletizing, filling a 2 liter container with a diameter of 6 mm and a length of 20 mm and replacing the air with carbon dioxide, it was sealed and fermented for 30 days and 30 days. Thereafter, an equal amount of water was added in the mass of moromi and distilled at 110 ° C. under atmospheric pressure to obtain an alcohol concentration of 30%. When this was subjected to low pressure distillation at a temperature of 60 ° C., an alcohol concentration of 75% was obtained.

飼料用のイネをホールで青刈りし、粉砕後(水分80%w.b前後)を125℃、0.2MPaの過熱水蒸気で蒸煮し、水分が65〜70%になったところで、ドライアイスから発生させた二酸化炭素で冷却し、クロストリジュウム属菌を植菌し、その後径6mm、長さ20mmのペレットをつくり、10リットルの厚手のポリエチレンフィルム容器を二重にしたものに6kg入れ、二酸化炭素で空気を置換し、20℃で1か月間発酵させた。もろみのアルコール濃度は10%前後であった。アルコールを常圧蒸留で蒸留させた後のもろみを、ドライアイスで冷却した後、発酵に用いたポリエチレン容器に再度入れ、20℃に1か月放置した。これを乳牛に給餌したところ問題なく食べた。   Rice for feed is blue-cutted in a hole, and after pulverization (water content around 80% w.b) is steamed with superheated steam at 125 ° C. and 0.2 MPa, when the water content becomes 65-70%, from dry ice Cool with the generated carbon dioxide, inoculate Clostridium spp., Then make a pellet with a diameter of 6 mm and a length of 20 mm, put 6 kg into a double 10 liter thick polyethylene film container, Was replaced with air and fermented at 20 ° C. for 1 month. The moromi alcohol concentration was around 10%. After the alcohol was distilled by atmospheric distillation, the mash was cooled with dry ice, then put again into the polyethylene container used for fermentation and left at 20 ° C. for 1 month. I fed this to dairy cows and ate them without problems.

茎菜を含むカンナ1kgを50〜70mmに裁断し、これを噴流層内に入れ、120℃、0.2MPaの過熱水蒸気で蒸煮し、水分60%w.b.前後に下げて、常温の二酸化炭素を吹き込み、30℃に冷却後、質量で2%の消石灰を加え、これにクロストリジュウム属の菌を種菌として植菌し、これを径6mm、長さ20mmのサイズのペレット化したものを、消毒した1リットルのポリ壜に装入し、二酸化炭素で空気を置換し、34℃に設定したインキュベータにて保温し、10日後取り出して、等量の水を加えたもろみは6%濃度のアルコールであった。これを低圧水蒸気蒸留装置に入れて、60℃で蒸留したところ、アルコール濃度60%を得た。蒸留後の残渣を乾燥後、13%に乾燥し、ペレット飼料を調製し、肉牛の嗜好性を観察したところ、特に問題はなかった。   1 kg of canna containing stem vegetables is cut into 50 to 70 mm, placed in a spouted bed, steamed with superheated steam at 120 ° C. and 0.2 MPa, and moisture 60% w. b. Lower it back and forth, blow in carbon dioxide at room temperature, cool to 30 ° C, add 2% slaked lime by mass, inoculate it with Clostridium bacteria as inoculum, and this is 6mm in diameter and 20mm in length The pelletized size is put into a 1 liter disinfected plastic jar, the air is replaced with carbon dioxide, it is kept warm in an incubator set at 34 ° C., taken out after 10 days, and an equal amount of water is added. The corn was 6% alcohol. When this was put into a low pressure steam distillation apparatus and distilled at 60 ° C., an alcohol concentration of 60% was obtained. The residue after distillation was dried to 13%, pellet feed was prepared, and the palatability of beef cattle was observed, and there was no particular problem.

茎葉を含むさつまいも1kgを40〜50mmに裁断し、これを噴流層内に入れ、120℃、0.2MPaの過熱水蒸気で蒸煮し、水分65%w.b.前後に下げて、常温の二酸化炭素を吹き込み、30℃に冷却後、質量で1%の消石灰を加え、これにクロストリジュウム属の菌を種菌として植菌し、これを径6mm、長さ20mmのサイズのペレット化したものを、消毒した1リットルのポリ壜に装入し、二酸化炭素で空気を置換し、32℃に設定したインキュベータにて保温し、15日後取り出して、等量の水を加えたもろみは8%濃度のアルコールであった。これを低圧水蒸気蒸留装置に入れて、60℃で蒸留したところ、アルコール濃度65%を得た。蒸留後の残渣を乾燥後、13%に乾燥し、ペレット飼料を調製し、肉牛の嗜好性を観察したところ、特に問題がなかった。   Also cut 1 kg of sweet potato containing stems and leaves into 40-50 mm, put it in a spouted bed, cook with 120 ° C., 0.2 MPa superheated steam, water 65% w. b. Lower it back and forth, blow in carbon dioxide at room temperature, cool to 30 ° C, add 1% slaked lime by mass, inoculate it with Clostridium spp. As an inoculum, which is 6mm in diameter and 20mm in length The pelletized size is put into a 1 liter disinfected plastic jar, the air is replaced with carbon dioxide, it is kept warm in an incubator set at 32 ° C., taken out after 15 days, and an equal amount of water is added. The moromi was 8% alcohol. When this was put into a low-pressure steam distillation apparatus and distilled at 60 ° C., an alcohol concentration of 65% was obtained. When the residue after distillation was dried, it was dried to 13%, pellet feed was prepared, and the palatability of beef cattle was observed.

ビール麦をホールで青刈りし、粉砕後(水分80%w.b.前後)を30℃、12時間放置した後で、125℃、0.2MPaの過熱水蒸気で蒸煮し、水分が65〜70%に低下したところで、ドライアイスから発生させた二酸化炭素で冷却し、これにクモノスカビ菌とクロストリジュウム属菌を植菌し、その後、径6mm、長さ20mmのペレットを作り、10リットル容の厚手のポリエチレンフィルム容器を二重にしたものに6kg程度を入れ、二酸化炭素で空気を置換し、20℃で1か月間発酵させた。
もろみのアルコール濃度は12%前後であった。アルコールを常圧蒸留で蒸留させたところ、20%前後のアルコール濃度のものを得た。蒸留後のもろみを、ドライアイスで冷却した後、発酵に用いたポリエチレン容器に再度収容し、20℃に1か月放置した。これを肉牛に給餌し、嗜好性を観察したところ、特に問題はなかった。
The beer wheat is mowed in a hole and ground (water content around 80% wb) is left at 30 ° C. for 12 hours and then steamed with 125 ° C. and 0.2 MPa superheated steam to obtain a water content of 65-70. When it is reduced to 50%, it is cooled with carbon dioxide generated from dry ice, and Kumonskabi fungus and Clostridium spp. Are inoculated into it, and then a pellet with a diameter of 6 mm and a length of 20 mm is made to make a 10 liter thick About 6 kg was put into a doubled polyethylene film container, and the air was replaced with carbon dioxide, followed by fermentation at 20 ° C. for 1 month.
The moromi alcohol concentration was around 12%. When the alcohol was distilled by atmospheric distillation, an alcohol concentration of about 20% was obtained. The mash after the distillation was cooled with dry ice, then stored again in the polyethylene container used for fermentation, and left at 20 ° C. for 1 month. When this was fed to beef cattle and palatability was observed, there was no particular problem.

みかんを搾汁している果汁工場の搾りかす1kgを40〜50mmに裁断し、これを噴流層内に入れ、消石灰粉末20gを添加してpHを調整し、十分混合した後、125℃、0.2MPaの過熱水蒸気で蒸煮し、水分60%w.b.前後に下げて、常温の二酸化炭素を吹き込み、30℃に冷却後、黒麹菌とクロストリジュウム属の菌を種菌として植菌し、これを径6mm、長さ20mmのサイズのペレット化したものを、消毒した1リットルのポリエチレン製角型発酵槽に入れ、二酸化炭素で空気を置換し、発酵槽内の二酸化炭素中の酸素濃度を0.05〜0.2%に制御しながら、34℃に設定したインキュベータで保温し、40日後取り出し、等量の水を加えたもろみは3%濃度のアルコールであった。これを低圧水蒸気蒸留装置に入れて、60℃で蒸留したところ、アルコール濃度8%を得た。蒸留後の残渣を乾燥後、13%に乾燥し、糖蜜と小麦粉砕物少量を加えてペレット飼料を作製し、肉牛の嗜好性を観察したところ、特に問題はなかった。   After cutting 1 kg of pomace from the fruit juice factory that is squeezing the mandarin orange into 40-50 mm, putting it in the spouted bed, adding 20 g of slaked lime powder, adjusting the pH, mixing well, then 125 ° C, 0 Steamed with 2MPa superheated steam, moisture 60% w. b. After lowering back and forth, blowing in carbon dioxide at room temperature, cooling to 30 ° C., inoculating black bacillus and clostridium bacteria as inoculum, and pelletizing them with a diameter of 6 mm and a length of 20 mm, Place in a sterilized 1-liter polyethylene square fermenter, replace air with carbon dioxide, and control the oxygen concentration in the carbon dioxide in the fermenter to be set to 34 ° C while controlling to 0.05-0.2%. The mash was kept warm in the incubator, taken out after 40 days, and the same amount of water was added to the mash. When this was put into a low-pressure steam distillation apparatus and distilled at 60 ° C., an alcohol concentration of 8% was obtained. The residue after distillation was dried and then dried to 13%, and a pellet feed was prepared by adding a small amount of molasses and crushed wheat, and the palatability of beef cattle was observed, and there was no particular problem.

電気炉で400〜500℃に維持したNi−Cr系触媒に4モルの水素と1モルの二酸化炭素の混合ガスを流し、純度95〜98%のメタンを得た。この反応速度はメタン菌を生物触媒とするよりも2〜5倍大きかったが、投入エネルギーが大きくなる欠点があった。   A mixed gas of 4 moles of hydrogen and 1 mole of carbon dioxide was passed through a Ni—Cr catalyst maintained at 400 to 500 ° C. in an electric furnace to obtain methane having a purity of 95 to 98%. Although this reaction rate was 2 to 5 times higher than that using methane bacteria as a biocatalyst, there was a drawback that the input energy was increased.

実施例10の横型角型発酵槽の下部より二酸化炭素を吹き込みながらもろみを別の角型発酵槽へ移動させ、これにセルラーゼ10mg/kgを混合した酒母を移動したもろみの質量に対して2%を噴霧器にて散布して再発酵させた。10日後のもろみのアルコール濃度は7%に達していた。   While blowing carbon dioxide from the lower part of the horizontal square fermenter of Example 10, the mash was moved to another square fermenter, and the liquor mixed with 10 mg / kg of cellulase was moved to 2% of the mass of the mash. Was sprayed with a sprayer and re-fermented. After 10 days, the moromi alcohol concentration reached 7%.

バイオマス原料から効率よく燃料用アルコールを得ることができ、蒸留残渣は肥料、飼料の材料として利用し得るので、バイオマスの利用技術として有用である。   Alcohol for fuel can be efficiently obtained from biomass raw material, and the distillation residue can be used as a material for fertilizer and feed. Therefore, it is useful as a biomass utilization technique.

本発明方法の1例を示すフローシート。The flow sheet which shows an example of this invention method. 本発明の縦型サイロ方式固体発酵装置の縦断面説明図。The longitudinal cross-section explanatory drawing of the vertical silo system solid fermentation apparatus of this invention. 本発明の横型サイロ方式固体発酵装置の縦断面説明図。The longitudinal cross-sectional explanatory drawing of the horizontal silo system solid state fermentation apparatus of this invention. 余剰二酸化炭素の利用法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the utilization method of surplus carbon dioxide.

符号の説明Explanation of symbols

1 粉砕工程
2 蒸煮工程
3 冷却工程
4 植菌工程
5 圧密工程
6 発酵工程
7 蒸留工程
8 乾燥工程
9 ペレット化
10 冷却工程
11 密閉貯蔵工程
12 精留工程
13 貯留
21 原料投入口
22 リング状二酸化炭素噴射管
23 二酸化炭素冷却装置
24 圧力ポンプ
25 管路
26 蒸気導入管
27 精留塔
28 ドレイン管
29 サイロアンローダー
30 直接可視・近赤外線分光光度計
31 アルコール分離器
32 触媒層又はメタン発酵装置
33 冷却器(除湿器)
34 ガスホルダー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crushing process 2 Steaming process 3 Cooling process 4 Inoculation process 5 Consolidation process 6 Fermentation process 7 Distillation process 8 Drying process 9 Pelletization 10 Cooling process 11 Sealed storage process 12 Refining process 13 Storage 21 Raw material inlet 22 Ring-shaped carbon dioxide Injection pipe 23 Carbon dioxide cooling device 24 Pressure pump 25 Pipe line 26 Steam introduction pipe 27 Rectification tower 28 Drain pipe 29 Silo unloader 30 Direct visible / near infrared spectrophotometer 31 Alcohol separator 32 Catalyst layer or methane fermentation apparatus 33 Cooling (Dehumidifier)
34 Gas Holder

Claims (11)

バイオマス原料の粉砕物又は摩砕物を、温度60〜180℃、圧力0.06〜0.2MPaの条件下で蒸煮して、水分60〜85%w.b.に調整したのち、25〜30℃まで急冷し、次いでクモノスカビ又は麹菌及び酵母又はザイモナス(Zymonas)菌を加えて、10〜33℃で固体発酵させ、生成したアルコールを分離回収することを特徴とする燃料アルコールの製造方法。   The pulverized product or ground product of the biomass raw material is steamed under conditions of a temperature of 60 to 180 ° C. and a pressure of 0.06 to 0.2 MPa to obtain a moisture content of 60 to 85% w. b. And then rapidly cooling to 25-30 ° C., and then adding Kumonosukabi or Neisseria gonorrhoeae and yeast or Zymonas bacteria, solid fermentation at 10-33 ° C., and separating and recovering the produced alcohol A method for producing fuel alcohol. 粉砕物又は摩砕物に消石灰又は生石灰0.001〜5質量%を混合し、pHを中性に保ち、温度60〜180℃、圧力0.06〜0.15MPaで蒸煮する請求項1記載の燃料アルコールの製造方法。   The fuel according to claim 1, wherein 0.001 to 5 mass% of slaked lime or quicklime is mixed with the pulverized product or ground product, the pH is kept neutral, and steaming is performed at a temperature of 60 to 180 ° C and a pressure of 0.06 to 0.15 MPa. A method for producing alcohol. 急冷をドライアイス又は冷却二酸化炭素で行う請求項1又は2記載の燃料アルコールの製造方法。   The method for producing fuel alcohol according to claim 1 or 2, wherein the rapid cooling is performed with dry ice or cooled carbon dioxide. 急冷後、原料を塊状又はペレット状に成形して後続の処理を行う請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料アルコールの製造方法。   The method for producing fuel alcohol according to any one of claims 1 to 3, wherein after the rapid cooling, the raw material is formed into a lump or pellet and the subsequent treatment is performed. 発酵熱を除去しながら行う請求項1ないし4のいずれかに記載の燃料アルコールの製造方法。   The method for producing fuel alcohol according to any one of claims 1 to 4, which is carried out while removing fermentation heat. 発酵により生成する二酸化炭素中に混入するアルコール濃度と酸素濃度を、ガスクロマトグラフィー分析又は可視線、近赤外線又は赤外線吸収スペクトル分析により監視しながら反応条件を管理して行う請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料アルコールの製造方法。   6. The method according to claim 1, wherein the reaction conditions are controlled while monitoring alcohol concentration and oxygen concentration mixed in carbon dioxide produced by fermentation by gas chromatography analysis or visible ray, near infrared ray or infrared absorption spectrum analysis. A method for producing fuel alcohol according to claim 1. アルコール発酵により発生する二酸化炭素に水素を混合し、金属触媒又はメタン菌によりメタン化する工程を併設した請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料アルコールの製造方法。   The method for producing fuel alcohol according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of mixing hydrogen with carbon dioxide generated by alcohol fermentation and methanating with a metal catalyst or methane bacteria. 上面をバイオマス原料投入口に、下面をドレインに形成し、かつ側面に複数の冷却用二酸化炭素噴射孔を、下方位置に水蒸気導入孔を有する円筒状サイロと、その上面外側に接触して配置された冷却器と、サイロ上部においてサイロ内部と連通して配設されたアルコール精留管と、サイロ底部において連結して付設された残渣取出用サイロアンローダーとから構成されたことを特徴とする燃料アルコール製造装置。   A cylindrical silo having an upper surface formed at the biomass feedstock inlet, a lower surface formed at the drain, a plurality of cooling carbon dioxide injection holes on the side surface, and a water vapor introduction hole at a lower position, and an outer surface of the cylindrical silo are disposed. And a silo unloader for taking out the residue attached to the bottom of the silo and an alcohol rectifying tube disposed in communication with the inside of the silo at the top of the silo. Alcohol production equipment. 上面にバイオマス原料投入口を、下面にドレインを、かつ側面に複数の冷却用二酸化炭素噴射孔を有し、内部下方位置に水蒸気導入孔を配置した長方形サイロと、その上面外側に接触して配置された冷却器と、サイロ上部においてサイロ内部と連通して配設されたアルコール精留管と、サイロ底部において連結した付設された残渣取出用サイロアンローダーとから構成されたことを特徴とする燃料アルコール製造装置。   A rectangular silo with a biomass feedstock inlet on the upper surface, a drain on the lower surface, a plurality of cooling carbon dioxide injection holes on the side, and a water vapor introduction hole at the lower position inside, and an outer surface on the upper surface. The fuel is characterized in that it is composed of a cooled cooler, an alcohol rectifying tube arranged in communication with the inside of the silo at the upper part of the silo, and an attached silo unloader for taking out the residue connected at the bottom of the silo. Alcohol production equipment. ガスの分析手段を備えた請求項8又は9記載の燃料アルコール製造装置。   10. The fuel alcohol production apparatus according to claim 8 or 9, further comprising gas analysis means. 乾燥器を連結した上、粉体又はペレット状の飼料製造装置を併設した請求項8、9又は10記載の燃料アルコール製造装置。   The fuel alcohol production apparatus according to claim 8, 9 or 10, wherein a drier is connected and a feed production apparatus in the form of powder or pellets is additionally provided.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012161275A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Kitagawa Iron Works Co Ltd Method for saccharization of lignocellulosic biomass
US8946491B2 (en) 2012-05-17 2015-02-03 Shell Oil Company Process for producing volatile organic compounds from biomass material
JP2015027285A (en) * 2013-06-28 2015-02-12 王子ホールディングス株式会社 Production method of ethanol from biomass feedstock
US9206357B2 (en) 2012-05-17 2015-12-08 Shell Oil Company Methods and systems for processing biomass material
WO2016017572A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 積水化学工業株式会社 Apparatus for producing organic substance and method for producing organic substance
CN117264661A (en) * 2023-10-16 2023-12-22 南京工业大学 Device and method for producing hydrogen by biomass fuel based on inorganic membrane

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012161275A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Kitagawa Iron Works Co Ltd Method for saccharization of lignocellulosic biomass
US8946491B2 (en) 2012-05-17 2015-02-03 Shell Oil Company Process for producing volatile organic compounds from biomass material
US9206357B2 (en) 2012-05-17 2015-12-08 Shell Oil Company Methods and systems for processing biomass material
US9242915B2 (en) 2012-05-17 2016-01-26 Shell Oil Company Process for producing volatile organic compounds from biomass material
US9359557B2 (en) 2012-05-17 2016-06-07 Shell Oil Company Process for producing volatile organic compounds from biomass material
US9624436B2 (en) 2012-05-17 2017-04-18 Shell Oil Company Methods and systems for processing biomass material
JP2015027285A (en) * 2013-06-28 2015-02-12 王子ホールディングス株式会社 Production method of ethanol from biomass feedstock
WO2016017572A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 積水化学工業株式会社 Apparatus for producing organic substance and method for producing organic substance
US10550408B2 (en) 2014-07-30 2020-02-04 Sekisui Chemical Co., Ltd. Apparatus for producing organic substance and method for producing organic substance
CN117264661A (en) * 2023-10-16 2023-12-22 南京工业大学 Device and method for producing hydrogen by biomass fuel based on inorganic membrane
CN117264661B (en) * 2023-10-16 2024-04-26 南京工业大学 Device and method for producing hydrogen by biomass fuel based on inorganic membrane

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